Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Песок тоже кристаллический. Фактически, многие песчинки — это просто маленькие куски камня, сточенные водой и ветром. То же самое верно для грязи, с добавлением воды или других жидкостей. Часто, частицы песка и грязи уплотняются снова, создавая новые породы, называемые «осадочными» — потому что это отвердевшие осадки песка и грязи. («Осадок» — это частички твёрдого вещества, оседающие на дне жидкости, например в реке, или озере, или море.) Песок в песчанике в основном состоит из кварца и полевого шпата, двух распространённых кристаллов в земной коре. Известняк — другое дело. Это — карбонат кальция, как и мел, и он происходит из сточенных скелетиков кораллов и морских раковин, включая раковины крошечных одноклеточных существ, называемых фораминиферы. Если вы видите белый пляж, песок на нём, скорее всего, — карбонат кальция из этого же ракушечного источника.

Иногда кристаллы состоят полностью из одного типа атомов «в строю» — все атомы одного и того же элемента. Примеры — алмаз, золото, медь и железо. Другие кристаллы созданы из двух разных типов атомов, опять «в строю» в строгом порядке, например, чередуясь. Соль (поваренная соль, столовая соль) — не элемент, а соединение двух элементов, натрия и хлора. В кристалле соли, атомы натрия и хлора выстроены поочерёдно. На самом деле, здесь они называются не «атомы», а «ионы», но я не буду вдаваться в подробности, почему. Каждый ион натрия имеет шесть соседей — ионов хлора, под прямыми углами друг к другу: спереди, сзади, слева, справа, сверху и снизу. И каждый ион хлора окружён ионами натрия таким же образом. Все расположение состоит из квадратов, и именно поэтому кристаллы соли, если вы внимательно посмотрите через сильную лупу, кубические — трёхмерное обобщение квадрата — или как минимум имеют квадратные грани. Множество других кристаллов состоят из более чем одного вида атомов «в строю», и многие из них находятся в камнях, песке и почве.

Твёрдое, жидкое, газ: как движутся молекулы

Кристаллы твёрдые, но не все на свете твёрдое. У нас есть ещё жидкости и газы. В газах молекулы не сцеплены друг с другом, как в кристаллах, а свободно носятся в доступном пространстве, перемещаясь по прямым, как бильярдные шары (но в трёх изменениях, а не в двух, как на плоском бильярдном столе). Они несутся, пока не стукнутся о что‑то, например другую молекулу или стенку сосуда, тогда они отскакивают, опять как бильярдные шары. Газы можно сжать, что показывает, что между атомами и молекулами полно места. Когда вы сжимаете газ, вы чувствуете сопротивление. Закройте пальцем выход велосипедного насоса и толкайте поршень — вы почувствуете сопротивление. Если вы не отпустите палец, то поршень отскочит назад, как только вы его отпустите. Сопротивление, которое вы чувствуете, называется «давление». Давление — это результат того, что миллионы молекул воздуха (смесь азота, кислорода и ряда других газов) в насосе бомбардируют поршень (и все другие части насоса, но поршень — единственная часть, которая может двигаться в ответ). При более высоком давлении «бомбардировка» происходит чаще. Это же произойдёт, если то же число молекул газа заключают в меньшем объёме (например, когда вы нажимаете на поршень велосипедного насоса). Это же произойдёт, если вы повысите температуру, что заставит молекулы носиться быстрее.

Жидкость подобна газу в том, что молекулы двигаются друг относительно друга или «текут» (поэтому, в отличие от твёрдых тел, обе называются «текучая среда»). Но молекулы в жидкости намного ближе друг к другу, чем молекулы в газе. Если вы поместите газ в закрытый сосуд, он заполнит каждый уголок сосуда, до самого верха… Объём газа быстро увеличится, заполнив весь сосуд. Жидкость тоже заполнит каждый уголок, но только до определённого уровня. Заданное количество жидкости, в отличие от такого же количества газа, сохраняет объём. Гравитация тянет её вниз, поэтому она заполняет только такую часть сосуда, сколько ей требуется, снизу вверх. Это потому, что молекулы жидкости остаются близкими одна к другой. Но, в отличие от твёрдых тел, они скользят друг вокруг друга, вот почему жидкость ведёт себя как текучая среда.

А твёрдое тело даже не пытается заполнить сосуд — оно просто сохраняет свою форму. Это потому, что молекулы твёрдого тела не скользят друг относительно друга, как молекулы жидкости, а остаются (грубо говоря) на тех же позициях относительно соседей. Я говорю «грубо», потому что даже в твёрдом теле молекулы совершают своего рода покачивания (быстрее при более высокой температуре): они просто не отходят достаточно далеко от своего места «в строю» в кристалле, чтобы повлиять на его форму.